Сотовая связь – это основа современных коммуникаций. И многим интересно, как происходит процесс работы мобильной связи, в чем отличие базовой станции от вышки.
Конструкция базовой станции
Базовая станция принимает и передает сигнал, являясь одним из основных узлов сотовой сети. Она включает в себя следующие элементы:
- антенна;
- радиомодуль;
- системный модуль.
Высота, на которой стоит антенна оказывает непосредственное влияние на зону покрытия базовой станции: чем выше располагается устройство, тем больше зона (однако влияет и диапазон частот МГц).
Вблизи от антенны устанавливаются радиомодули — чтобы сигнал сотовой связи затухал меньше (антенны подсоединяются коаксиальными джамп кабелями высокой частоты). Радиомодуль по оптическому электрокабелю подсоединяется к модулю системы, который традиционно ставят в аппаратной внизу, чтобы базовую станцию было проще обслуживать, а мастеру не надо было лезть на высоту.
Высота установки базовой станции оказывает влияние на область покрытия: чем выше она стоит, тем обширнее зона, кроме того, на это влияет диапазон частот сети.
Антенны базовой станции могут быть совмещенного диапазона (2G, 3G, 4G), а также многолучевыми, дающими возможность увеличить производительность сотовой сети благодаря применению нескольких лучей узкой направленности.
Радиомодуль принимает, передает, обрабатывает и преобразовывает сигналы, усиливает их по стандарту GSM нового поколения.
Модуль базовой станции — это основа работы сотовой связи. Он обеспечивает полное управление станции, синхронизирует ее с прочими элементами сети, осуществляет обработку информации от модуля и направляет ее к ядру по транспортной сети.
Антенна принимает и передает сигнал базовой станции, и благодаря своим свойствам усиливает его и образует область передачи в пространстве. Антенны могут быть:
- совмещенного типа по частоте: в одну можно подсоединить и 2G, и 3G, и 4G;
- обособленными — смотря какая конфигурация и техническое решение;
- многолучевыми – направляющие сигналы сотовой сети по различным областям.
«На одной вышке могут быть устроены 1-6 секторов, стандарт схема 3—4 сектора, но может быть и более. Применение базовых станций с несколькими секторами дает возможность повысить емкость для того, чтобы сотовой связью и интернетом могли пользоваться как можно больше, владельцев смартфонов.
Базовые станции, которые были установлены ранее, можно модернизировать, установив дополнительные сектора сотовой связи.
Вышка сотовой связи – что это?
Вышка сотовой связи — так говорят абоненты мобильной сети. Правильное наименование антенно-мачтовая конструкция.
Они представляют собой башни из металла, достигающие 40-70 м. Вышки сотовой связи могут быть:
- 3-ногие;
- 4-ногие;
- с площадкой обслуживания;
- без площадки обслуживания.
Бывают железобетонные башни: если для металлической конструкции требуется площадь до 300 м2, то для ж/б вышки достаточно 10 квадратов. Железобетонные вышки обычно ставят на городских территориях.
«Вышками» базовые станции и прочие составные части системы лучше не называть.
Это мачты, башни, триподы, столбы (и ряд прочих конструкций), на которые фиксируется оборудование сотовой сети мобильного оператора. Присутствуют разные виды антенн для крепления на уличном пространстве или в помещениях: в метрополитене, к примеру, применяют фидер — излучающий электрокабель.
Мачты ставят на кровлях строений, но могут установить их и на земле — с растяжками на определенном расстоянии, все зависит от высоты. Это обеспечивает станции сотовой связи дополнительную устойчивость и подстраховывает, чтобы она не опрокинулась.
На кровлях зданий, если крыша плоская, а высота приема сигнала базовой станции достаточная за счет количества этажей, устанавливают триподы — элементы, схожие со штативом. Применяются и осветительные столбы, так как не в любом месте можно поставить индивидуальный из железобетона.
А вот в метрополитене «вышек» станций мобильной сети нет: в перегонах прокладывается специальный электрокабель (или фидер), на станциях размещаются небольшие антенны базовой станции сотовой сети.
Принцип установки оборудования телефонной сети зависит от конкретных условий и требований.
Вам может быть интересна дальность сигнала станции, так вот расстояние на которое «бьет» оборудование мобильной сети зависит от:
- высоты установки антенны;
- мощности непосредственно самой станции;
- коэффициента усиления оборудования;
- частотного диапазона (чем он меньше, тем дальше уходит сигнал сотовой сети).
Потому в высокой частоты диапазонах 3G 2100 МГц, в 4G 2600 МГц «дальность» мобильной связи меньше.
А в 2G имеется ограничение: максимум дальности сигнала станции 35 км.
«По факту расстояний больше 35 км, скорее всего, нигде и нет, так как мобильные станции построены чаще», — говорит сотрудник сотовой сети МТС.
Влияние оказывает и рельефное строение местности, и засаженность деревьями. Влияют погодные условия и даже присутствие подстилающей поверхности.
Относительно применения абонентами интернета сотовой сети в местах значительного их скопления, например, дачи и пляжные территории у водоемов, тут действует элементарный принцип: абоненты собираются, вся мощь предоставляется тем, кто ближе к базовой станции, а те, кто дальше, могут рассчитывать только на остатки ресурса. При этом голосовая связь сотовой сети в приоритете, потому даже в такой ситуации и удаленные абоненты могут свободно звонить по смартфону, сигнал сети станции будет качественным.
Современное оборудование стало сложнее?
Что-то становится сложнее, что-то проще. Когда запускалась сеть 2G базовая станция «все в одном» имела значительно более крупные размеры чем сегодня, и этот шкаф включал в себя огромное число модулей и для его поднятия нужно было как минимум 4 специалиста.
Сегодня станции сети в разы меньше. Относительно технологий передачи абонентам сигнала, тут, все модернизировалось: аппаратная конструкция — из-за инновационных подходов, в том числе к обрабатывании сигналов связи сети, обновленных стандартов. Да и устройство самой станции сегодня наиболее усложненное.
Однако архитектурное строение сети мобильной связи, если брать в общем, только становится проще, беря начало с 4G. Например, для 3G применяются контроллеры базовых станций, что осуществляют управление ими. В 4G они отсутствуют, станции сети связываются с «мозгом» посредством транспортной сети», — объясняет специалист Павел.
«Разработка 3G и 4G сделала проще и территориальную планировку сети по частотам. Если в 2G нужно было каждый канал частот подбирать, чтобы они не оказывали влияние друг на друга, то сегодня применяют скремблинг-коды, а их огромное количество (если сравнить с 2G сетью, ограничения отсутствуют)», — говорит представитель компании.
Кроме того, присутствует технология Massive MIMO, актуальная в 5G, хотя использовать ее стали еще в LTE. В одной антенне, в одном модуле, может стоять больше 64 датчиков, передающих данные потоками параллельно. Благодаря этому достигаются наиболее высокие скорости связи для абонентов. Проще говоря, антенна включает в себя много излучателей, которые формируют луч в направлении абонентов, потребляющих интернет: выходит, что доступные ресурсы отправляются туда, где нужно, а не «веерным способом».
Как происходит звонок?
Вроде бы ничего сложного: набирается на смартфоне номер, и человек берет телефон. Однако, на деле все не так просто.
Как говорят сотрудники мобильной компании, архитектура сети мобильной связи предусматривает 3 сегмента:
- радиоподсистема;
- ядро сети;
- транспортная сеть.
В составе подсистемы присутствуют:
- базовые станции;
- контроллеры;
- устройства пользователей (телефоны, смартфоны и прочие гаджеты с «симкартами»).
Ядро сети включает в себя голосовое и пакетное ядро: первое отвечает за голосовой трафик, второе — за пакетный (дата). Помимо этого, ядро имеет ряд функциональных узлов, однако тут останавливаться более подробно не стоит, главное — все это отвечает за обрабатывание и коммутацию соединений.
Правильно будет описать вариант звонка со смартфона одного человека другому.
Как только набирается телефонный номер и абонент жмет на клавишу вызова мобильное устройство отправляет станции сигнал на запрос соединения. Непосредственно станция уточняет радиоусловия, в которых прибывает человек. Она отдает ему лучшую «соту», диапазон частот, либо стандарт, где голосовая связь будет идеальной. Далее происходит радиосоединение и сигнал направляется в голосовое ядро.
Как только будет проведена проверка сим-карты на разрешение осуществления звонка со смартфона или другого телефона, центральный коммутатор (в нем присутствует большое количество направлений, куда могут осуществляться звонки: обще-пользовательская телефонная сеть, прочие операторы сотовой сети, международная сеть и не только) выполняется поиск вызываемого абонента.
В это же время центр аутентификации осуществляет шифровку соединения и защиту канала от покушения злоумышленника. Если человек, которому звонят находится в сети, то выполняется поиск его месторасположения и отправляется сигнал на конкретную базовую станцию. Как только абонент найден, ему поступает уведомление о входящем вызове. Когда человек снимает трубку, происходит установка сквозного соединения между абонентами, по которому и можно разговаривать. И как только беседа завершена абонент кладет телефон, происходит разрыв связи.
Случается и такое, что сигнал пропадает. Происходит это из-за того, что абонент не находится в зоне действия сигнала базовой станции (могут быть белые пятна). Сигнала может не быть при неисправности девайса, при неправильной работе программного обеспечения или когда вышла из строя сим-карта.
Вот так работает мобильная связь 21 века, благодаря чему люди могут свободно общаться между собой, работать дистанционно и развлекаться в сети. И год от года сеть только модернизируется.
